Нормативное и расчетное сопротивления стали

За предельное сопротивление сталей принимают предел текучести R_y = R_yn/y_m; R_yn = 0,95∙σ_y (при наличии площадки текучести) или условный предел текучести (от σ_0,2) (при ее отсутствии), так как при дальнейшем росте нагрузки развиваются чрезмерные пластические дефор-мации и недопустимо большие перемещения конструк­ций. В тех случаях, когда допускается работа конструк­ции при развитии значительных пластических дефома­ций (трубопроводы), за предельное сопротивлие стали может быть принято временное сопротивление R_u.

Минимальные браковочные? характеристики пре­дела текучести и временного сопротивления называют нормативным сопротивлением по пределу текучести R_yn и нормативным сопротивлением по временному сопро-тивлению R_un.

Имеется много факторов, которые могут привести к снижению фактических характеристик прочности и геометрических характеристик сечений по сравнению с гарантированными заводом-изготовителем: различие ра­боты металла в конструкции и в опытном образце, вы­борочный метод контроля, минусовые допуски проката и др. Влияние этих факторов на возможное снижение не­сущей способности конструкции учитывают коэффи­циенты надежности по материалу g_m = 1,025..1,1. При расчете конструкций с использованием расч. сопро­тивления R_u учитывают повышенную опасность такого состояния путем введения дополнительного коэффи­циента надежности g_u = 1,3.

Основными расчетными характеристиками стали являются расчетные сопротивления R_y = R_yn/g_m; R_u = R_un/(g_m∙g_u). Расчетные сопротивления сталей определяют по таблице В.5 СП 16.13330.2011.

Основные служебные свойства сталей (м., т., э.)

Как конструкционный материал сталь имеет меха­нические, технологические и эксплуатационные характе­ристики.

Наиболее важными для работы металлических конструкций являются механические свойства.

Механчиеские характеристики:

- Предел текучести σ_{y (0,2)};

- Предел прочности σ_u как и предел текучести ха­рактеризует сопротивляемость стали механическим воз­действиям. Устанавливают по результатам испытания стандартных образцов на растяжение;

- Относительное удлиннение после разрыва δ ха­рактеризует пластические свойства стали;

- Ударная вязкость a характеризует сопротивляе­мость стали динамическим воздействиям и хрупкому разрушению. Оценивают по результатам испытаний об­разцов на маятниковых копрах при определенных темпе­ратурах с целью устанвить температурный интервал при котором сталь переходит из вязкого состоянии в хруп­кое. Характеризуется количеством энергии, которое сталь может поглотить без разрушения в данном темпе­ратурном диапазоне; измеряется в кДж/см²;

- Предел усталостной прочности σ_уст характери-зует сопротивляемость стали циклическим воздейст-виям, при достаточно большом числе циклов которых разрушение может произойти при напряжении меньше предела прочности или даже текучести;

- Модуль продольной упругости E = tg (a), где a - угол наклона начального участка диаграммы работы ста­ли к оси абсцисс; характеризует упругую жесткость ста­ли;

- Загиб в холодном состоянии. Характеризует соп-ротивляемость стали расслоению.

Технологические характеристики:

- Свариваемость. Характеризуется углеродным эк­вивалентом C_э котороый определяют по формуле соглас­но таблице В.4; СП 16.13330.2011;

- Обрабатываемость. Характеризуется сопротив­лением резанию и качеством обрабатываемой поверх-ности. Зависит от химического состава и структуры об-рабатываемого металла.

Эксплуатационные характеристики:

- Коррозионная стойкость – сопротивляемость стали разрушению в результате окисления в атмосфер-ных и других агрессивных средах. Достигается легирова-нием такими элементами, как хром, титан, никель, молибден;

- Хладостойкость – способность стали сопротив-ляться деформации и разрушению при понижении тем-пературы. Характеризуется температурным диапазоном, при котором сталь переходит из вязкого состояния в хрупкое.

- Огнестойкость – способность стали сопротив-ляться разрушению при пожаре.

Наклеп и старение сталей

Наклеп – повышение упругой работы материала в результате предшествующей пластической деформации.

Повторные нагружения в пределах упругих дефо-рмаций (до предела упругости) не изменяют вида диаг-раммы работы стали; нагружение и разгрузка будут происходить по одной линии.

Если образец загрузить до пластической стадии и затем снять нагрузку, то он не вернется к первоначаль-ному состоянию с сохранением прежних размеров, но появится остаточная деформация e_ост. При повторном нагружении образца после некоторого «отдыха» он снова работает упруго, повторяя прямую разгрузку, но только до уровня предыдущего нагружения. То же самое будет, если разгрузку начать после того, когда будет пройдена вся площадка текучести. В этом случае при повторных нагружениях сталь не будет иметь площадки текучести. При повторном нагружении без перерыва диаграммы разгрузки и нагрузки имеют петлеобразный характер.

При наклепе искажается атомная решетка, она зак-репляется в новом деформированном состоянии. В сос-тоянии наклепа сталь становится более жесткой, плас-тичность стали снижается, повышается опасность хруп-кого разрушения, что неблагопр. для строит. сталей.

Наклеп возникает в процессе изготовления конст-рукций при холодной гибке элементов, пробивке отверс-тий, резке ножницами.

Старение – изменение свойств низкоуглеродистой стали без заметного изменения ее микроструктуры.

При температурах ниже температуры образования феррита растворимость углерода ничтожна, но все же в небольшом количестве он остается. При благоприятных обстоятельствах углерод выделяется и располагается между зернами феррита, а также группируется у раз­личных дефектов кристаллической решетки. Это при­водит к повышению предела текучести и временного сопротивления и уменьшению пластичности и сопротив­ления хрупкому разрушению. Наряду с углеродом вы­деляются азот и карбиды, которые производят аналогич­ное действие. Процесс занимает длительное время и поэ-тому называется старением. (1 – до, 2 - после)

Различают термическое (дисперсионное) и механи-ческое старение.

Термическое старение вызвано понижением раст­воримости углерода и азота в малоуглеродистых сталях, резко охлажденных с температур 650..700 °С (после про­катки, сварки) до комнатной температуры. Путем нагре­вания металла до невысокой температуры в 150..200 °С можно резко ускорить процесс старения. Деформа­ционное старение происходит в сталях, подвергшихся холодной деформации (холодная гибка, правка) и свя­зано с образованием атмосфер Коттрелла (группы ато­мов углерода и азота вокруг дислокаций).

Наиболее подвержены старению стали, загрязнен-ные и насыщенные газами, например кипящая сталь.

Чтобы уменьшить склонность стали к старению, при выплавке применяют дегазацию и модифицирование алюминием. Для алюминиевых сплавов термическое ста­рение используется для повышения прочности.